楊 超，徐一超

（1.在役長(zhǎng)大橋梁安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

拉吊索是索承橋中的可更換構(gòu)件，及時(shí)更換受損拉吊索對(duì)保障在役索承橋的安全至關(guān)重要。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)有換索工程中，拉吊索的平均使用壽命還不到20年。近年來，又有一批索承橋陸續(xù)地進(jìn)行了換索，如撫順天湖大橋、湖北鄖縣漢江大橋、衡山湘江大橋、銅陵長(zhǎng)江公路大橋等，也呈現(xiàn)出一些特點(diǎn)和趨勢(shì)。

1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 換索工程的技術(shù)方案設(shè)計(jì)及施工工序逐漸成熟

近年來的換索工程報(bào)道，基本上是以具體的橋梁為工程背景，提出針對(duì)性的施工技術(shù)方案。在方案設(shè)計(jì)中，多依靠有限元軟件計(jì)算，保證施工過程中及換索后，斜拉索、主梁、橋塔等結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力及強(qiáng)度驗(yàn)算通過?，F(xiàn)有換索工程分為部分更換斜拉索和全部更換斜拉索兩種，施工工序逐漸成熟，一般為舊索放張→舊索拆除→新索安裝與張拉→索力調(diào)整。對(duì)稱換索、優(yōu)先損傷嚴(yán)重的斜拉索、優(yōu)先長(zhǎng)索等換索順序的優(yōu)先級(jí)考量逐漸成為工程界的共識(shí)，并已發(fā)展出同時(shí)更換多對(duì)索的技術(shù)方案。

1.2 不中斷交通條件下快速更換拉索成為換索工程發(fā)展趨勢(shì)

大多數(shù)換索工程需要中斷交通，因此漫長(zhǎng)的施工期會(huì)帶來局部地區(qū)的交通問題。不中斷交通條件下實(shí)現(xiàn)快速換索是今后換索工程的發(fā)展趨勢(shì)。相應(yīng)地，構(gòu)件及設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、在交通荷載下?lián)Q索方案的合理設(shè)計(jì)及交通限制措施的選擇等都是亟待解決的問題。

重慶涪陵長(zhǎng)江大橋建成后15年，斜拉索出現(xiàn)病害，需快速更換全橋斜拉索。為解決快速施工重難點(diǎn)問題，采取以下技術(shù)方案：換索施工前鑿除原橋面鋪裝，中斷交通；基于無應(yīng)力狀態(tài)控制法優(yōu)化換索順序，同時(shí)更換多根斜拉索；采用自制大行程大噸位鏈條快速牽引裝備等先進(jìn)機(jī)械設(shè)備。最終，全橋換索工期僅用112d，基本實(shí)現(xiàn)索力零調(diào)整，成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)安全、狀態(tài)受控，斜拉索索力偏差最終控制在5%以下。由此可見，快速換索技術(shù)有望在未來大范圍普及。

最新研究也顯示，在不中斷交通條件下實(shí)現(xiàn)換索，對(duì)于城市干道或高速公路的咽喉性交通樞紐有著重大意義。其技術(shù)關(guān)鍵在于通過行車效應(yīng)的影響性分析，以確定交通組織設(shè)計(jì)中的車速限制條件。該研究中，以某長(zhǎng)大橋梁為背景，方案中采取半封閉交通施工，限速20km/h，并施工中采取施工前公示、分流等，在施工中派專職交通員疏導(dǎo)和控制交通，保證在不中斷交通條件下斜拉索更換施工的順利進(jìn)行。

由此可見，在應(yīng)對(duì)交通擁堵問題方面，不中斷交通實(shí)現(xiàn)快速換索應(yīng)運(yùn)而生，未來也必將有廣闊的應(yīng)用前景。

2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，更換拉索，僅可依靠《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》《大跨度斜拉橋平行鋼絲斜拉索》等標(biāo)準(zhǔn)的部分條文，尚未形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范體系，在換索工程中，多次采用的施工工序、換索順序等是否可成為標(biāo)準(zhǔn)仍有待考量。另外，換索多依據(jù)等強(qiáng)度原則或無應(yīng)力長(zhǎng)度相等的原則。施工前，通常需要對(duì)斜拉橋的斜拉索索力及主梁線形等指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，在換索工程實(shí)施過程中，對(duì)斜拉索索力、主梁線形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可保證結(jié)構(gòu)安全及施工可靠。

但換索工程多發(fā)生在服役多年后的橋梁，考慮到材料隨時(shí)間劣化、設(shè)計(jì)荷載的增加等不利因素，除斜拉索外，結(jié)構(gòu)其余構(gòu)件還存在損傷累積，與設(shè)計(jì)建橋時(shí)的索力值和結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)不同，以換索前的橋梁狀態(tài)為目標(biāo)狀態(tài)存在一定安全隱患。所以，換索方案如果僅是以新索代替舊索的簡(jiǎn)單做法，并不能對(duì)主梁線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力有較大助益，有必要在現(xiàn)有換索理念基礎(chǔ)上，進(jìn)一步合理優(yōu)化索力，改善整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)，盡可能降低安全隱患發(fā)生的可能性。

更換下來的舊索往往除了腐蝕損傷部位力學(xué)性能下降嚴(yán)重，其余完整部分仍具有一定的承載能力，因此如何重新利用舊索，減少資源浪費(fèi)，保證橋梁全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益最大化也是工程界關(guān)注的重點(diǎn)。

20世紀(jì)以后建成的索承橋也將逐步經(jīng)歷換索，因此這些問題亟待深入研究與解決。目前，公路索承橋換索技術(shù)規(guī)程正在編制中，有望在不久后出臺(tái)，為工程應(yīng)用提供可靠指導(dǎo)。

3 工程應(yīng)用

索承橋吊桿，尤其是長(zhǎng)吊索的更換，涉及比較復(fù)雜的橋梁受力狀況，需要對(duì)其工藝流程、方案等進(jìn)行詳細(xì)分析。研究通過數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的手段，開展了以下工作。

首先，在大橋跨中西側(cè)43號(hào)短吊索進(jìn)行了傾角測(cè)試，以便更好地分析跨中縱向位移的運(yùn)行狀況。監(jiān)測(cè)采用傾角儀，采樣頻率為20Hz，最大轉(zhuǎn)動(dòng)2～3°。由于短吊索長(zhǎng)度為2.16m，換算為大約10cm縱向位移。同時(shí)還可以觀察到，縱向位移的運(yùn)行周期在100s左右。縱向傾角變化圖如圖1所示。

其次，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的跨中GPS縱向位移如圖2所示，可以看出縱向位移量在10cm左右，最大可達(dá)12.5cm，周期為100s左右。由此可以得知，跨中短吊索位置由于主纜和主梁的縱向相對(duì)位移，存在2～3°的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 縱向傾角變化圖

圖2 跨中箱梁GPS縱向位移變化

同時(shí)，通過數(shù)值模擬研究，建立全橋有限元模型，通過三吊點(diǎn)和五吊點(diǎn)的方案比較，確定了采用五吊點(diǎn)方案，如圖3所示。

圖3 五吊點(diǎn)方案

最后，為了控制臨時(shí)吊索索力，保障梁端耳板結(jié)構(gòu)安全，對(duì)吊索梁端錨固區(qū)域建立實(shí)體模型進(jìn)行有限元計(jì)算，如圖4所示。并制作1∶1實(shí)體模型進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，最終確定臨時(shí)吊索張拉力不超過240t。

2018年4月27日，工作人員完成了對(duì)某長(zhǎng)大橋梁下游19#吊索的更換。根據(jù)模擬計(jì)算情況，在封閉下游一個(gè)車道的情況下，下游19#吊索更換采用五吊點(diǎn)張拉提升釋放19#吊索索力后拆除更換的方式。即分級(jí)同步張拉臨時(shí)吊索至19#吊索拆除狀態(tài)，拆除舊吊索、安裝新吊索后，分級(jí)同步均勻卸載臨時(shí)吊索，使新吊索參與受力。換索過程中，對(duì)臨時(shí)吊索張拉力、張拉位移、近36根吊索索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與模擬計(jì)算情況進(jìn)行對(duì)比，確保換索過程安全可控。

圖4 梁端錨固區(qū)實(shí)體有限元模型

4 結(jié)論

綜上所述，中斷交通或部分中斷交通的換索技術(shù)已經(jīng)基本成熟，完全不中斷交通的快速換索將成為未來發(fā)展的趨勢(shì)，因此工作人員需要對(duì)其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工序及設(shè)備、行車效應(yīng)影響等做全面的考慮。在快速換索基礎(chǔ)上，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)舊索再利用，進(jìn)一步推動(dòng)索承橋的可持續(xù)發(fā)展。